Wekker. Richard Van

Transcriptie

1 2016 Wekker Richard Van

2 1 Voorwoord Dit rapport is een eindverslag van het project Productanalyse, die gemaakt is door Richard Van. In dit rapport wordt het achterhalen van de functies en eisen van een wekker omschreven. Ook wel Reverse Engineering genoemd. Alle handelingen, problemen en oplossingen die er bedacht werd tijdens dit project worden uitbundig besproken. De gegevens in dit document zijn gespecialiseerd voor geïnteresseerden die graag willen weten hoe de wekker werd ontworpen en hoe het gemaakt is. Tenslotte ben ik veel dank verschuldigd aan dhr. Kamp, mijn tutor, en dhr. Hoogland voor hun steun en waardevolle adviezen tijdens dit project. Delft, september 2016 Richard Van

3 2 Inhoudsopgave Inleiding Belanghebbenden en behoeften De klanten(eindgebruikers) Producent, toeleverancier, verpakker Verkoper en winkelier Media Probleemstelling Programma van eisen Meten en tekenen Exploded View Onderdelenlijst en functiebeschrijving Functieblokschema wekker Functieboom wekker Overbrengingen en energieomzettingen Overbrengingen Energieomzettingen Verbindingen Krachtgesloten Vormgesloten Materiaalgesloten Gebruikte materialen Motorbehuizing Deksel(achterkant) Tandwiel Oriëntatie productietechnieken Thermoplastisch spuitgieten Spuitgieten Extruderen Conclusie Behuizing (achterkant) Behuizing motor Beschermkap knop Bronvermelding... 19

4 3 Inleiding In deze wereld zijn zowel alle producten die er bestaan door iemand bedacht of gemaakt. Werktuigbouwkunde speelt hierbij een grote rol. De bedoeling als werktuigbouwkundige is om een technische producten te ontwerpen, vervaardigen en te onderhouden, om het leven van mensen gemakkelijker te maken. Het doel van dit vak is om alvast een beeld te krijgen van verschillende aspecten dat hoort bij werktuigbouwkunde. Bijna iedereen heeft het wel eens meegemaakt. Vroeg naar school, werk of een vroege tenniswedstrijd. Veel mensen hebben dan last om op die tijdstip op te staan. Als gevolg hiervan komen ze dan ook te laat. Voor De Haagse hogeschool moet er een onderzoek worden gedaan om een product te analyseren dat voorkomt dat er niet verslapen wordt door middel van een bepaald signaal. Bij het maken van dit rapport wordt het doel bereikt. Deze rapportage is ingedeeld in verwerkingsopdrachten. De hiernavolgende hoofdstukken stelt elk verwerkingsopdracht voor. De verwerkingsopdrachten worden dan omschreven en met de bijbehorende resultaten.

5 4 1 Belanghebbenden en behoeften Alle producten zijn ontstaan vanuit een behoefte van iemand of van een groep. De belanghebbenden en hun behoeften voor de wekker zijn onder andere: Belanghebbenden De klanten(eindegebruikers) Producent, toeleverancier, verpakker Opslag, distributeur Verkoper en winkelier Media Behoeften Aantrekkelijk uiterlijk; Goedkoop; Eenvoudig te gebruiken; compact Goedkoop materiaal; Goedkoop inpak; Compacte levering; Betaalbare productie Grote hoeveelheden; Aantrekkelijke verpakking; compacte levering; verpakking eenvoudig vast te houden; Duidelijk informatie van product Duidelijke doelgroep; Goede overzicht functie van het product Tabel 1: Belanghebbenden en behoeften 1.1 De klanten(eindgebruikers) Klanten die moeite hebben met opstaan na het slapen willen dat de wekker een luide signaal geeft op een zelf ingestelde tijdstip. Zo kunnen ze op tijd komen bij hun activiteiten. Wat ook een belangrijke behoefte is voor de wekker is om de tijd en datum eenvoudig in te stellen. Hiermee is er dan geen gedetailleerde handleiding voor nodig en hoeft de verpakking niet groter te zijn alleen voor dat. Ten slotte is het natuurlijk belangrijk dat de nieuwe wekker er aantrekkelijk uit moet zien. Hoewel het product goed moet functioneren is het wel de bedoeling dat het er goed uitziet zodat de klanten met een blije glimlach naar hun nieuwe product kunnen staren die in de kamer staat. 1.2 Producent, toeleverancier, verpakker Voordat het product in de winkel komt te staan moet het eerst natuurlijk nog geproduceerd worden. De behoefte van de producent is dat er een zo goedkoop mogelijk materiaal wordt gebruikt. Zo hoeven ze niet onnodig veel geld uit te geven aan materiaal. Dit geldt ook voor de toeleverancier en verpakker. Als er een groot hoeveelheid wordt geproduceerd, moet het ook een goedkoop mogelijk zijn qua materiaal, verpakking en productie. 1.3 Verkoper en winkelier Een van de doelen voor een product zoals de wekker is dat winkeliers het zoveel mogelijk kopen. Behoefte voor een winkelier is dat de verpakking er aantrekkelijk uitziet. Dit maakt hun dan geïnteresseerd in het product en besteden ze daar aandacht aan en gaan zelfs misschien kopen. Zowel voor de verkoper en winkelier is het een behoefte dat er duidelijk informatie staat van de wekker wat voor functie het apparaat heeft en hoe het in zijn werk gaat. 1.4 Media Als de wekker in de markt wordt gebracht dan is het een belangrijke behoefte als er duidelijk wordt aangegeven voor wie dit product bedoeld is. Ook is het hier belangrijk dat er een duidelijk informatie beschikbaar is over de werking van de wekker

6 5 2 Probleemstelling Veel mensen hebben moeite om na het slapen op te staan. Hierdoor is de kans dan groot dat deze mensen te laat komen voor werk, school, training, enzovoort. Dit wordt vaak als onaangenaam ervaren. Het doel is dan een product te ontwerpen dat een signaal kan geven zodat de persoon er wakker van wordt. Enkele randvoorwaarden hiervoor is dat het signaal geen direct fysieke contact mag hebben met de persoon. 3 Programma van eisen Naar aanleiding van het onderzoek van de belanghebbenden en de bijbehorende behoeften kan er een definitieve programma van eisen worden opgesteld. Het programma van eisen (PvE) zijn meetbare eisen met elk een achtergrond(bron) en een bepaalde datum waarop de eis is goedgekeurd. Groep Eis Eenheid Bron Datum Productie 1.1 Gewicht van product maximaal 1 kg kg Opslag 10 september Behuizing voorkant en achterkant en n.v.t. Producent 7 september 2016 motorbehuizing moet met schroeven bevestigd worden 1.3 Lengte wekker mm Opslag, 10 september maximaal 300 mm 1.4 Wekker wordt gevoed met een batterij van 1,5 V 1.5 Motorbehuizing heeft een minimale soortelijke weerstand van 10^16 Ohm*m Duurzaamheid 2.1 Tabel 2: PvE voor wekker Levensduur bij gemiddeld gebruik minimaal 3 jaar 2.2 Product is niet belastend voor het milieu, maximaal 0,5 kg Kosten 3.1 Seriegrootte van max Verkoopprijs van de wekker niet meer dan 15 euro Omgeving 4.1 Prestaties 5.1 Product is berstand tegen kamertemperatuur (25 C) Alarm geeft een geluidssignaal van db distributeur 2016 V Producent 6 september 2016 Ω*m Opdrachtgever 12 september 2016 Jaren winkelier 17 september 2016 Plastic n.v.t. Euro s Graden Celsius Toeleverancier en verpakker Verkoper en winkelier Verkoper en winkelier Opslag, verkoper en winkelier 9 september oktober oktober september 2016 db Overheid 11 september 2016

7 6 4 Meten en tekenen Om het onderzoek van bepaalde onderdelen te verduidelijken is het handig om een 2d tekening te maken met verschillende aanzichten. Eén van de belangrijke onderdeel van de wekker is de motorbehuizing. Het beschermt de motor tegen enkele stoten en/of vuile stoffen. In figuur 1 zijn de aanzichten te zien van het onderdeel. Figuur 1: Aanzichten motorbehuizing

8 7 5 Exploded View In de exploded view wordt het product uit elkaar gehaald, waardoor het goed te zien is waar in het voorwerp de verschillende onderdelen thuishoren. Elk onderdeel is genummerd en de onderdeelnamen met de functiebeschrijvingen zijn in tabel 3 beschreven. Figuur 2: motorbehuizing

9 8 Figuur 3: Deksel(achterkant) 10 9 Figuur 4: voorkant wekker

10 9 5.1 Onderdelenlijst en functiebeschrijving Tabel 3: Onderdelenlijst Nummer Onderdeel Functiebeschrijving 1 Schroef Verbinden van de van de voor- en achterkant van de motorbehuizing 2 Motorbehuizing Beschermen van de motor 3 Alarm knop In- en uitschakelen van alarm 4 Alarm speaker Geluidsignaal geven 5 Spoel Elektrisch stroom geleiden 6 Batterij (1,5 V) Voeding geven 7 Tandwiel Klowijzers laten bewegen 8 Motor Omzetten van elektrsiche naar mechanische energie 9 Schroef 2.0 Verbinden van voor en achterkant 10 Deksel (achterkant) Beschermen achterkant van de wekker 11 Instelknop datum Datum instellen 12 Beschermkap alarm knop Alarm knop beschermen en uiterlijk geven 13 Plaat met weergave van datum Datum weergeven

11 10 6 Functieblokschema wekker Met een functieblokschema zijn de functies geplaatst in de volgorde van tijd. Dit is vooral handig als een product wordt ontworpen waarin veel processtappen plaatsvinden met veel bewegende delen en handelingen. In dit geval is hieronder een functieblokschema te zien van de wekker. Het schema wordt verdeeld in drie groepen: materie, info en energie. Van elk functiegroep is er van links naar rechts een functie geplaatst in de juiste tijdsvolgorde. Materie: Activeren apparaat Opslaan gegevens Wekker inschakelen Wekker uitschakelen Stoppen apparaat Info: Weergeven apparaat aan Weergeven ingestelde tijd Weergeven wekker aan Weergeven geluidsignaal Weergeven apparaat uit Weergeven wekker uit Energie Toevoeren elektriciteit Omzetten kinetische energie Stoppen toevoer elektriciteit

12 11 7 Functieboom wekker Een functieboom laat de hiërarchie van functies zien door het te onderscheiden van een hoofdfunctie en de deelfuncties. De hoofdfunctie is het bestaansrecht van het product en in de formulering van de hoofdfuncties wordt het belangrijkste aspect van het product genoemd. Een deelfunctie is een afgeleide van de hoofdfunctie die samen met andere deelfuncties de hoofdfuncties vervullen. Hieronder is een functieboom te zien van de wekker. Wakker maken van persoon Inschakelen alarm Geluidsignaal geven Speaker activeren Aanzetten schakelaar Instellen tijd Stroom toevoeren Indrukken druksensor Tijd weergeven Laten bewegen van de klokwijzers Aansluiten batterij Indrukken knop Weergeven klok Tandwielen bewegen s Instellen draaiknop

13 12 8 Overbrengingen en energieomzettingen Overbrengingen, ook wel transmissies genoemd, is een verzamelnaam van technieken voor het overbrengen en omvormen van vermogens. Een technisch product vraagt om bepaalde snelheden, krachten of koppels die zullen afwijken van de snelheid en koppel van de aandrijfmotor. Hierbij komt een overbrenging goed van pas. Een overbrenging zorgt ervoor dat zowel de werktuig en de aandrijfmotor met bijvoorbeeld dezelfde snelheid functioneert. De vier belangrijkste overbrengingen zijn: Elektrische overbrengingen, mechanische overbrengingen, pneumatische overbrengingen en hydraulische overbrengingen. 8.1 Overbrengingen In de wekker vindt er een mechanische overbrenging plaats. De wekker wordt met behulp van tandwielen overgebracht(zie exploded view, nummer 10 & figuur 6). Er zijn tandwielen voor de secondewijzer, de minuutwijzer en de uurwijzer. In de afbeelding hieronder is er een tekening te zien van een tandwieloverbrenging en welke kant elk tandwiel draait. Figuur 5: tandwieloverbrenging Figuur 6: tandwielen in de wekker

14 Energieomzettingen Een energie dat wordt omgezet in een andere energievorm heet een energieomzetting. Makkelijkste voorbeeld is een dynamo op een fiets. In de dynamo wordt de beweging van de wiel omgezet tot elektrische energie zodat het ervoor zorgt dat de fietslamp brandt. De energieomzetting in de wekker is van elektrische energie van de batterij naar mechanische energie. De batterij (exploded view, nummer 6) geeft elektrische voeding door aan de motor. In de motor wordt de elektrische voeding omgezet in mechanische energie. Dit zorgt ervoor dat de tandwielen kunnen bewegen en dus ook de klokwijzers. 9 Verbindingen Verbindingen in de techniek zijn methoden om twee onderdelen aan elkaar te bevestigen. Bekendste voorbeelden hiervan zijn schroeven, lijm en klinknagels. Deze methoden worden in drie basisprincipes verdeeld: Krachtgesloten, vormgesloten en materiaalgesloten. 9.1 Krachtgesloten Wat het meest gebruikt wordt in de wekker is een krachtgesloten verbinding. De onderdelen zijn verbonden met behulp van schroeven. In figuur 3 is te zien dat de achterkant van de wekker moet worden verbonden met de voorkant. De schroeven drukt de te verbinden delen met een kracht tegen elkaar. Hoewel de verbindingselementen steeds uit elkaar getrokken wilt worden, blijft de verbinding nog steeds tot stand. Dit komt omdat de kracht in de schroeven groter zijn dan de trekkracht. Dit soort verbinding geldt ook voor de motorbehuizing(exploded view, nummer 2) die aan de achterzijde van de voorkant wordt bevestigd. 9.2 Vormgesloten De krachten die worden omgezet in een drukbelasting op een vlak, veroorzaakt door een belasting en de vorm heet ook wel een vormgesloten verbinding. In de wekker vinden er tandwielverbinding plaats. Wanneer de tanden van de tandwielen in elkaar grijpen, zal het draaien van één tandwiel het andere dwingen om ook te draaien. Zo kunnen de klokwijzers gaan bewegen. 9.3 Materiaalgesloten Binnen de motorbehuizing zijn er elektrische draden die moet worden verbonden met de printplaat en knoppen. Hier wordt een vormgesloten verbinding gebruikt met behulp van solderen. Als de printplaat of de knop van dichtbij wordt gezien, dan zijn er kleine soldeerbolletjes te zien.

15 14 10 Gebruikte materialen In dit hoofdstuk zijn er drie onderdelen gekozen waarin de gebruikte materialen worden beschreven met hun bijbehorende materiaaleigenschappen. De drie onderdelen zijn: Motorbehuizing Deksel(achterkant) Tandwiel 10.1 Motorbehuizing De motorbehuizing in de wekker is gemaakt van polyetheen. Polyetheen is een veelgebruikt materiaal voor producten. Polyetheen behoort tot de familie van de thermoplasten wat inhoudt dat polyetheen na verhitting plooibaar en vormbaar wordt. Na het afkoelen neemt het weer een vaste vorm aan. Dit maakt het een perfecte kunststof om te bewerken. Dit is dan ook de reden waarom het zo vaak gebruikt wordt in de wereld. Het gebruik van polyetheen voor de beschermingshoes heeft de volgende materiaaleigenschappen: Tabel 4: materiaaleigenschappen polyetheen Bron:

16 Deksel(achterkant) De deksel voor de achterkant (exploded view, nummer 9) is gemaakt van polystyreen(ps). Polystyreen is ook een thermoplastische kunststof dat bij hoge temperaturen vervormd en geplooid kan worden. Voordelen om dit soort kunststof te gebruiken voor de deksel van de wekker is dat polystyreen waterafstotend is en een grote hardheid en stijfheid heeft. Wel is het iets minder geschikt omdat dit materiaal snel breekt. Hieronder zijn de materiaaleigenschappen te zien. Tabel 5: materiaaleigenschappen polystyreen Bron:

17 Tandwiel De meeste gebruikte kunststof om onderdelen te maken zoals een kleine tandwiel, wordt gemaakt van Polyoxymethyleen(ook wel bekend als Delrin). Dit is een geschikt kunststof door zijn grote mechanische hardheid, stijfheid en sterkte. Ook heeft Delrin een goede slijtageweerstand. Dit is belangrijk omdat tandwielen elkaar veel aanraken zodat ze kunnen draaien(lees de hoofdstuk verbindingen). Tenslotte is Delrin een goede elektrische isoleerbare kunststof. Zo kan de tandwielen geen elektrische stroom geleiden die komt van de motor en batterij. In de volgende tabel zijn er nog andere materiaaleigenschappen te zien voor Delrin. Tabel 6: materiaaleigenschappen Polyoxymethyleen (Bron:

18 17 11 Oriëntatie productietechnieken Ieder onderdeel heeft zijn eigen productie methode. Dit geldt ook voor de gekozen drie onderdelen van de wekker. In dit hoofdstuk wordt bij elke productietechniek van elk onderdeel beschreven wat de voordelen en nadelen ervan zijn en wordt er een inschatting gemaakt voor welke hoeveelheid producten het geschikt is. Onderdeel Motorbehuizing Deksel(achterkant) Tandwiel Tabel 7: gebruikte productietechniek per onderdeel Productietechniek Thermoplastisch spuitgieten Spuitgieten Extruderen 11.1 Thermoplastisch spuitgieten Thermoplastisch spuitgieten, ook wel lage druk schuimgieten, is geschikt om een onderdeel te maken als de beschermingsbehuizing van de motor. Zolang de kunststof nog niet gestold is, blijft het schuim dat in de matrijs wordt geïnjecteerd expanderen. Dit is een groot voordeel voor de beschermingsbehuizing, omdat de afkoelende kunststof mooi gelijkmatig is verdeeld, waardoor er minder inwendige spanning ontstaat. Ook is het een voordeel dat er meer mogelijkheid is voor wanddikteverschillen dat nodig is voor de beschermingsbehuizing. Wel is het een nadeel dat er een mogelijke noodzaak is om het product nog te lakken door de geschuimd oppervlak dat ontstaan is. Dit onderdeel is een massaproduct waar ongeveer stuks geproduceerd kan worden Spuitgieten Spuitgieten is de meest gangbare techniek voor het verwerken van thermoplastische kunststoffen. Voordeel van deze productietechniek voor de deksel is dat het een prachtig glanzend oppervlak geeft dat ook aantrekkelijk maakt voor de klant. Daarnaast is het een voordeel dat er na het spuitgieten geen verdere bewerking nodig is en dat het als gevolg veel tijd spaart. Enkele nadelen voor het gebruiken van deze productiemethode voor de deksel is dat er kans is op inval en door inwendige spanning het onderdeel kan vervormen. Ook de deksel is een massaproduct waar circa stuks gemaakt kan worden, omdat het niet moeilijk te produceren is Extruderen Extruderen is een groot voordeel voor het maken van tandwielen. Deze productietechniek kan complexe gevormde onderdelen die de tandwiel heeft maken. Tandwielen hebben namelijk moeilijke gleufjes wat bijna onmogelijk is te produceren met spuitgieten. Een klein nadeel van extruderen is dat de haalbare toleranties minder gunstig zijn vergeleken met spuitgieten. Het maken van stuks is hier net als de andere twee onderdelen haalbaar.

19 18 12 Conclusie De probleemstelling was: Een product moet een persoon wakker maken via een signaal zonder fysieke contact. Uit onderzoek is gebleken dat de product, genaamd wekker, is ontworpen. Het is een apparaat dat een luide geluidssignaal geeft op een zelf ingestelde tijdstip. Na de functies, overbrengingen, productietechnieken van de onderdelen te hebben onderzocht, kan er geconcludeerd worden dat sommige onderdelen verbeterd kunnen worden. Met verbetering heeft het vooral te maken over de productietechniek, de overbrengingen, verbindingen en de materiaalgebruik van de onderdeel die in de bovenstaande hoofdstukken beschreven werden. Hieronder staan drie onderdelen dat verbeterd kunnen worden voor een beter product. Behuizing (achterkant) Behuizing motor Beschermkap knop 12.1 Behuizing (achterkant) De achterkant van de behuizing is bedoeld om de motor van de wekker en de datumplaatjes te beschermen. Daarnaast geeft het ook een mooier uiterlijk. Wel zijn er een paar nadelen van de behuizing. In het hoofdstuk over gebruikte materialen werd er gezegd dat de achter behuizing is gemaakt van polystyreen. De achter behuizing is erg buigzaam wanneer er met de hand wordt geknepen. Dit betekent dat bijvoorbeeld als er een paar keer grote zware schoolboeken op valt, dat de materiaal breekt. Hierbij zijn enkele oplossingen voor bedacht. De eerste oplossing kan zijn om hard en sterk kunststof te gebruiken zoals Polyamide. Polyamide is namelijk een kunststof dat hard, taai en moeilijk te breken is. Naast deze eigenschappen is deze kunststof ook mooi glad Behuizing motor De behuizing van de motor is een mooi harde kunststof dat ideaal is voor het beschermen tegen stoten of tegen water. Helaas zijn hier ook nadelen voor. De verbinding om de behuizing te bevestigen met de rest van de wekker is de probleem hier. De behuizing van de motor heeft een krachtgesloten verbinding met behulp van schroeven. De plek waar de schroeven moeten worden geplaatst is erg diep en klein. Hier heeft zelfs de kleinste schroevendraaier er moeite mee om de schroef erin of eruit te halen. Een goede oplossing hiervoor zou zijn is om de krachtgesloten schroefverbinding te vervangen door een andere soort verbinding. Klikverbinding is een goede vervanger. Voordeel van een klikverbinding is dat er geen extra materialen nodig zijn. Er hoeven geen gaten geboord te worden en alles kan door middel van machines gedaan worden. Als gevolg geeft dit ook een mooier en compacter uiterlijk. Een aandachtspuntje voor het gebruik van de klikverbinding is wel dat de wrijvingscoëfficiënt niet te hoog mag worden. Hoe hoger deze is, hoe moeilijker het wordt om de verbinding uit elkaar te halen Beschermkap knop Het woord zegt het al. De beschermkap(exploded view, nummer 12) beschermt de knop tegen water en stoten. Ook geeft dit een voelt het dan ook prettiger aan als je met de beschermkapje drukt en het ziet er mooier uit. Maar ook hier zit een probleem tussen. De beschermkapje gaat namelijk snel los van de knop. Als de wekker ondersteboven wordt gehouden en er een beetje geschud wordt, dan gaan de al die beschermkapjes los. Een goede oplossing voor dit kleine maar vervelende probleem is om een materiaalgesloten verbinding te gebruiken. Lijm geeft een voldoende sterke verbinding en blijft de beschermkapje ook vast. Hiermee is het niet nodig om het steeds weer terug te zetten als het los zit.

20 19 13 Bronvermelding 1. Oskam, I. (2012). Ontwerpen van technische innovaties. Groningen: Noordhof Uitgevers 2. Budinski, K. en Budinski, G. (2014). Materiaalkunde (9 e editie). Benelux: Pearson 3. Kals, H.J.J. (2012). Industriële productie (5 e druk). Den Haag: BIM Media B.V. 4. Elling, R., Andeweg, B., Baars, S., Jong, J., Swankhuisen, C. (2015). Rapportagetechniek (5 e druk). Groningen: Noordhof Uitgevers 5. Verbindingstechnieken. Geraadpleegd 19 september Polyetheen. Geraadpleegd 23 september Polystyreen. Geraadpleegd 25 september Polyoxymethyleen. Geraadpleegd 25 september Cornelissen, W. Productietechnieken voor kunststoffen. Geraadpleegd 3 oktober 2016.